Принтеры их принцип действия и перспективы развития

Если история струйной печати преисполнена научности и  насыщена исследованиями и открытиями, то история создания и развития лазерных принтеров имеет, наверное, более деловой уклон и до известной степени связана скорее с маркетингом, нежели с наукой.

В 1938 году студент  юридического факультета Честер Карлсон (который, кстати, в будущем стал адвокатом по патентным делам, чтобы  подкрепить таким образом свои изобретательские таланты) получил первое ксерографическое изображение, что стало успешным результатом многих лет его работы, начавшейся из-за его недовольства медлительностью существующих мимеографов и дороговизной получаемых отпечатков. Само слово «ксерография» было образовано от греческих слов «сухой» и «писать». А смысл новой технологии заключался в использовании статического электричества для переноса сухих чернил (тонера) на бумагу.

На рынок первое устройство Xerox поступило в 1949 году под названием Model A. Это было весьма громоздкое и сложное устройство. Чтобы добиться от него копии документа, нужно было произвести вручную ряд операций. И лишь десять лет спустя был коммерциализирован полностью автоматический ксерограф – Xerox 914, который был способен выдавать 7 копий в минуту. Эта модель и стала прообразом всех копиров и лазерных принтеров, появившихся впоследствии.

Над созданием  лазерных принтеров Xerox начала работать в 1969 году. Успеха добился в 1978 сотрудник  компании Гэри Старкуезер, который смог добавить к технологии работы существующих копиров Xerox лазерный луч, создав, таким образом, первый лазерный принтер. Полнодуплексный Xerox 9700 мог печатать 120 страниц в минуту (он, кстати, до сих пор остается быстрейшим лазерным принтером в мире).

В начале 1980-х  спрос на устройства, превосходящие  существующие матричные принтеры по качеству печати, достиг критической  отметки. В 1982 году предложение последовало  от компании Canon, представившей первый настольный лазерный принтер LBP-10. На следующий год компания в частном порядке продемонстрировала новую модель LBP-CX калифорнийским Apple, Diablo и HP. 

Xerox вместе с  японской Fuji-Xerox сама занималась  разработками устройства, которое  планировалось сделать лучшим  настольным лазерным принтером на рынке. Но, хотя новая модель 4045 сочетала в себе копир и лазерный принтер, она весила около 50 килограммов, не имела заменяемого картриджа с тонером и обеспечивала не самое лучшее качество печати.

Результатом сотрудничества Canon и HP стал выпуск в 1984 году принтеров LaserJet, способных печатать 8 страниц в минуту.

1.2.Классификация принтеров

По принципу переноса изображения на носитель принтеры делятся на:

-литерные;

-матричные;

-лазерные (также  светодиодные принтеры);

-струйные;

-сублимационные;

-термические,

По количеству цветов печати — на чёрно-белые (монохромные) и цветные.

По соединению с источником данных (откуда принтер  может получать данные для печати), или интерфейсу:

-по проводным  каналам: 

*через последовательный  порт(устаревший); 

*через параллельный  порт (IEEE 1284); 

*по шине Universal Serial Bus (USB); 

*через локальную сеть (LAN, NET);

-посредством  беспроводного соединения:

*через ИК-порт (IRDA);

*по Bluetooth;

*по Wi-Fi.

 

Рассмотрим классификацию принтеров в плане переноса изображения на носитель:

1)матричные;

2)струйные;

3)лазерные;

4)сублимационные.

1.3. Матричный принтер

Принцип действия

В матричном  принтере изображение формируется  на носителе печатающей головкой, которая  состоит из набора иголок, приводимых в действие электромагнитами. Головка передвигается поперёк листа бумаги по направляющим (обычно при помощи ременной передачи); при этом иголки в заданной последовательности наносят удары по бумаге через красящую ленту, аналогичную применяемой в печатных машинках и обычно упакованную в картридж, тем самым формируя точечное изображение. Такой тип матричных принтеров именуется SIDM (англ. Serial Impact Dot Matrix — последовательные ударно-матричные принтеры). Скорость печати таких принтеров измеряется в CPS (англ. characters per second — символах в секунду). 

Выпускаются принтеры с 9, 18, 24 и 36 иголками в головке; разрешающая  способность печати, а также скорость печати графических изображений  напрямую зависят от числа иголок. Наибольшее распространение получили 9- и 24-игольчатые принтеры. Принтеры с 9 и кратным 9 количеством игл (18, 36) предназначены для скоростной печати, в то время как 24-игольчатые для качественной печати

1.3.1. Особенности применения и режимы печати

Помимо печати текстовой информации, когда удары иголок контролируются программным обеспечением самого принтера, многие матричные принтеры имеют режим индивидуального управления иголками с компьютера, что обеспечивает возможность печати графической информации; однако в этом режиме скорость печати значительно уменьшается. Иногда встроенное программное обеспечение принтера поддерживает загрузку во встроенную память принтера дополнительного набора шрифтов. 

В зависимости  от модели, матричные принтеры могут  поддерживать все или некоторые  из следующих режимов:

*графический режим (англ. semi-graphic, character graphic);

*алфавитно-цифровой  режим:

-LQ (англ. Letter Quality — «качество пишущей машинки»),

-Draft — черновое  качество печати; в этом режиме  достигается максимальная скорость  печати за счёт ухудшения её качества. 

Режим LQ достигается  на 24-игольчатых принтерах, NLQ является режимом качественной печати для 9-игольчатых принтеров. 

Для печати на матричном  принтере преимущественно используется рулонная или перфорированная фальцованная бумага. В случае применения листовой бумаги большинство матричных принтеров требует её ручной заправки; во многих моделях имеется возможность использования опционального автоподатчика листовой бумаги (англ. CSF, Cut Sheet Feeder). 

Некоторые модели матричных принтеров (например, EPSON LQ-2550) обладают возможностью цветной печати за счёт использования широкой красящей ленты, пропитанной чернилами разных цветов, которая может смещаться вверх-вниз относительно печатающей головки, подставляя под иглы полосу иного цвета. Однако достигаемое при этом качество цветной печати значительно уступает качеству печати струйных принтеров. 

Для повышения  скорости печати используют технологии, обеспечивающие печать строки за один проход — так, в высокоскоростных линейно-матричных принтерах большое количество молоточков равномерно расположены на челночном механизме (фрете) по всей ширине печати. Скорость таких принтеров измеряется в LPS (англ. Lines per second — строках в секунду).  

Для снижения шума при печати в отдельных моделях  предусмотрен тихий режим, в котором каждая строка печатается в два прохода с использованием половинного количества игл; побочным эффектом такого решения является значительное снижение скорости печати. Для борьбы с шумом также применяют специальные конструкции с звуконепроницаемыми кожухами.

 

 

 

1.3.2. Управление печатью и взаимодействие с компьютером

Управление матричными принтерами осуществляется при помощи различных систем команд, общепринятыми из которых являются две: Epson ESC/P (англ. EPSON Mode) и IBM ProPrinter (англ. IBM Mode); большинство принтеров поддерживает обе системы.

Кабельный 36-контактный разъём Centronics для подключения внешнего устройства (IEEE 1284-B)

Традиционно матричные  принтеры подключаются к компьютерам  через параллельный интерфейс, стандартом является Centronics. Другой устоявшийся интерфейс — RS-232C токовая петля 20 мА. Несмотря на переход на интерфейс USB, в матричных принтерах, как правило, сохраняется поддержка "устаревших" интерфейсов Centronics и RS-232 для обеспечения совместимости со старыми, промышленными, или измерительными системами. Некоторые современные матричные принтеры, например Epson LX-300+II, оснащены одновременно тремя интерфейсами: USB, Centronics и RS-232.

1.3.3. Преимущества

Несмотря на то, что технологии матричной печати часто воспринимаются как устаревшие, матричные принтеры по-прежнему находят применение там, где требуется факт необратимой деформации носителя для предотвращения подделки документа путем внесения изменений (финансовая сфера), или недорогая массовая печать на многослойных бланках (например, на авиабилетах) или под копирку, а также в случаях, когда требуется вывод значительного количества чисто текстовой информации без предъявления особых требований к качеству получаемого документа (печать этикеток, ярлыков, данных с систем управления и измерения); дополнительная экономия при этом достигается за счёт использования дешёвой фальцованной или рулонной бумаги.

Ещё одним преимуществом  матричной печати является высокий  ресурс как самого принтера (8 млн  строк) так и печатной головки (30 млн символов).

Недостатки.

Основными недостатками матричных принтеров являются:

-монохромность (возможность  цветной печати, как правило, ограничена  четырьмя цветами);

-низкая скорость печати  в графическом режиме;

-высокий уровень шума, который достигает 25 дБ.

1.4. Струйный принтер.

Принцип действия струйных принтеров похож на матричные  принтеры тем, что изображение на носителе формируется из точек. Но вместо головок с иголками в струйных принтерах используется матрица сопел (головка), печатающая жидкими красителями. Печатающая головка может быть встроена в картриджи с красителями (в основном такой подход используется компаниями Hewlett-Packard, Lexmark), а может и является деталью принтера, а сменные картриджи содержат только краситель (Epson, Canon).

Существуют два способа  технической реализации способа  распыления красителя:

1.Пьезоэлектрический (Piezoelectric Ink Jet) — над соплом расположен  пьезокристалл с диафрагмой. Когда  на пьезоэлемент подаётся электрический  ток, он изгибается и тянет за собой диафрагму — формируется капля, которая впоследствии выталкивается на бумагу. Широкое распространение получила в струйных принтерах компании Epson. Технология позволяет изменять размер капли.

2.Термический (Thermal Ink Jet) (также  называемый BubbleJet, разработчик — компания Canon, принцип был разработан в конце 1970-х годов) — в сопле расположен микроскопический нагревательный элемент, который при прохождении электрического тока мгновенно нагревается до температуры около 500 °C, при нагревании в чернилах образуются газовые пузырьки (англ. bubbles — отсюда и название технологии), которые выталкивают капли жидкости из сопла на носитель.

Печатающие головки струйных принтеров создаются с использованием следующих типов подачи красителя:

1.Непрерывная подача (Continuous Ink Jet) — подача красителя во время печати происходит непрерывно, факт попадания красителя на запечатываемую поверхность определяется модулятором потока красителя (утверждается, что патент на данный способ печати выдан Вильяму Томпсону в 1867 году). В технической реализации такой печатающей головки в сопло под давлением подаётся краситель, который на выходе из сопла разбивается на последовательность микро капель (объёмом нескольких десятков пиколитров), которым дополнительно сообщается электрический заряд. Разбиение потока красителя на капли происходит расположенным на сопле пьезокристаллом, на котором формируется акустическая волна (частотой в десятки килогерц). Отклонение потока капель производится электростатической отклоняющей системой (дефлектором). Те капли красителя, которые не должны попасть на запечатываемую поверхность, собираются в сборник красителя и, как правило, возвращаются обратно в основной резервуар с красителем. Первый струйный принтер, изготовленный с использованием данного способа подачи красителя, выпустила Siemens в 1951 году.

2.Подача по требованию  — подача красителя из сопла  печатающей головки происходит  только тогда, когда краситель  действительно надо нанести на  соответствующую соплу область  запечатываемой поверхности. Именно  этот способ подачи красителя и получил самое широкое распространение в современных струйных принтерах. При длительном простое принтера (неделя и больше) происходит высыхание остатков красителя на соплах печатающей головки (особенно критично засорение сопел печатающей матрицы принтеров Epson, Canon). Принтер умеет сам автоматически чистить печатающую головку. Но также возможно провести принудительную очистку сопел из соответствующего раздела настройки драйвера принтера. При прочистке сопел печатающей головки происходит интенсивный расход красителя. Если штатными средствами принтера не удалось очистить сопла печатающей головки, то дальнейшая очистка и/или замена печатающей головки проводится в ремонтных мастерских. Замена картриджа, содержащего печатающую головку, на новый проблем не вызывает. Для уменьшения стоимости печати и улучшения некоторых других характеристик печати также применяют систему непрерывной подачи чернил

Рис. 2 Струйный принтер с СНПЧ.

 

Рис. 3  Струйный принтер.

1.4.1.Достоинства и недостатки струйных принтеров

Достоинства:

• невысокая стоимость струйных принтеров, которая стала еще ниже в последнее время;
• огромное разнообразие струйных печатных устройств по их габаритным размерам. В зависимости от назначения и требуемой функциональности на современном рынке можно приобрести очень компактные струйные принтеры или печатные устройства значительных размеров, обладающие большими возможностями и позволяющие получать лучшее качество печати, в том числе изображений большего формата;
• высокое качество печати цветных изображений.